神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在大型船舶航向控制中的應(yīng)用研究

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在大型船舶航向控制中的應(yīng)用研究

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1、哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在大型船舶航向控制中的應(yīng)用研究姓名:楊能凱申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專(zhuān)業(yè):模式識(shí)別與智能系統(tǒng)指導(dǎo)教師:劉勝20070301哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要船舶的航向運(yùn)動(dòng)與橫搖運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)烈耦合的,而這種相互耦合的運(yùn)動(dòng)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)往往被擬合為非線性函數(shù)的形式,同時(shí)船舶在海上運(yùn)動(dòng)又會(huì)受到海浪的干擾作用??梢?jiàn)船舶的運(yùn)動(dòng)本質(zhì)上是耦合非線性、大干擾的過(guò)程。本文基于船舶的非線性運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行航向控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),研究了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制及其在船舶航向控制系統(tǒng)的應(yīng)用。結(jié)論表明,在控制航向的同時(shí),達(dá)到較高

2、的減搖效果。首先,基于牛頓定律建立了艏搖、橫蕩、橫搖三個(gè)自由度的船舶運(yùn)動(dòng)方程,并分析了船體所受外力(及力矩),包括船體水動(dòng)力、舵上所受的流體動(dòng)力及海浪的干擾。并對(duì)舵液壓伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)建模,采用動(dòng)壓阻尼反饋校正調(diào)節(jié)伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo),達(dá)到一定的要求。給出了隨機(jī)海浪橫蕩力、橫搖力矩、艏搖力矩的仿真算法。然后,總結(jié)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的現(xiàn)狀,分析了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性問(wèn)題。針對(duì)船舶航向非線性系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,以控制航向?yàn)槟康模O(shè)計(jì)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一PID控制器,驗(yàn)證在三自由度模型的影響下,系統(tǒng)的控制效果。與此,為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)舵的航向/橫

3、搖控制,設(shè)計(jì)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器。這個(gè)控制器包含了兩個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于非線性系統(tǒng)的辨識(shí),另一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為控制器。兩個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都采用改進(jìn)的BP算法,在控制器設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上,利用MATLAB/simulink中進(jìn)行了仿真。最后給出了航向控制系統(tǒng)的仿真曲線,仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的控制器達(dá)到了預(yù)期的控制效果,驗(yàn)證了舵在航向保持的工況要求下,具有一定的減搖效果。關(guān)鍵詞:自動(dòng)舵;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);船舶航向控制;系統(tǒng)仿真哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文■ii■■■■;■;iji■■ii■■■■■●■■■■●j■■目ii

4、i宣P——一——II■■■■■自;;ji●■自i;;■一ABSTRACTThecouplingeffectbetweenshipdirectionkeepingandrollingsmbilizafiollisusuallyconsideredasnon-linearfunctionformaccordingtoexperimentdata.Meanwhile,theshipmotionisinterfczedbytheseawave.Sothemotionofshipisacoupling,non-li

5、nearprocesswithlargedisturbance.Thispaperdesignsacontrolsystemofshipdirectionkeepingaccordingtothenon-linearmotionmodelandstudiestheNN-adaptiveappliedtotheshipmotiondirectionkeeping.Thesimulationresultshowsthatthismethodhasniceperformanceonattenuatingther

6、ollingaswellascontrollingthedirectionoftheship.First,shipmotionequationofrearing,pitchingandrollingarefo衄dedbasedonNewtonmotionrules,andtheforceandtorqueexertedbytheseaarestudied,includinghydrodynamicforceofshipbody.hydrodynamicforceofrudderandthedisnIrl)

7、卸讎oftheseawave.ModelingthehydraulicS@I"VOsystemoftherudderandadoptingdynamicpressuredampfeedbackmethodtoimprovesen,osystemperformance.Pitchingforce,rollingforceandrearingtorquesimulationalgorithmsarealsoofferedSecond,thispapersummarizesthepresentdevelopme

8、ntofncBralnetworkcontrolandintroducesthestabilizationproblemofneuralnetworkcontr01.Accordingtothenon-linearmodelofshipmotiondirection,thispaperdesignsaNN.PIDcontrollerandvalidatesthecon缸o(hù)leffectundertheinfluenceDf3d

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